A térdízület reprodukálható flexiós tengelyének meghatározási

Átírás

1 A térdízület reprodukálható flexiós tengelyének meghatározási módszere Andrónyi Kristóf 1, Katona Gábor 2, Krakovits Gábor 2 1 Uzsoki Utcai Kórház, Ortopéd-traumatológiai Osztály 2 Szent István Egyetem, Mechanikai és Géptani Intézet andronyi@gmail.com DOI: /biohun/2017/1/03 Absztrakt A térdízület flexiós tengelyének a pontos meghatározása mind a mozgáselemzések, mind a protézis beültetések szempontjából kiemelten fontos, ugyanakkor a rendelkezésre álló flexiós tengely meghatározási módszerek sokszor pontatlanok, nem reprodukálhatók. Célunk volt egy megbízható tengelymeghatározási módszer megalkotása, valamint ennek a különöböző módszerekkel való összehasonlítása relevancia és reprodukálhatóság szempontjából. A femur condylusok hátulsó gördülő felszínein alapuló flexiós tengely meghatározási módszer, a transcylindrikus tengely (TCA) képes lehet a bizonytalan transepicondylaris tengely (TEA), hátulsó condyláris vonal (PCL) és Whiteside vonal (WHL) helyett egy pontosabb támpontot nyújtani a térdprotézis rotációs beállításra vonatkozóan. A modellkísérlet során ezen tengely 4 alatti hibával volt meghatározható, szemben a PCL és TEA 7 -ot, WHL 16 -ot is meghaladó hibájával. Kulcsszavak: térd, mozgásvizsgálat, flexiós tengely, transcylindrikus tengely, interobszerver reprodukálhatóság Determination of a reproducible flexion axis of the knee joint Abstract The precise determination of the knee joint flexion axis is crucial for both kinematic analysis and prosthesis implantation. However current methods for flexion axis determination are inaccurate and irreproducible. Our goal was to create a reliable method for determining the flexion axis and to compare it with different methods for relevance and reproducibility. The flexon axis determination method based on the posterior surfaces of the femoral condyles, the transcylindrical axis (TCA) may be able to provide a more accurate basis for the rotation setting of the knee prosthesis instead of the uncertain transepicondylar axis (TEA), the posterior condylar line (PCL) and the Whiteside line (WHL). In the model experiment, this axis had a variability under 4, compared with PCL and TEA 7, WHL exceeding 16. Keywords: knee, motion analysis, flexion axis, transcylindrical axis, interobserver reproducibility 23

2 1. Bevezetés A térdízület mozgásainak elemzéséhez elengedhetetlen a mozgást leíró tengelyek ismerete. Mivel a térdízület mozgásának legnagyobb része a hajlítás (flexió) tengelye mentén jön létre a mozgások elemzése szempontjából ennek a tengelynek a pontos meghatározása bír a legnagyobb jelentőséggel. A flexiós tengely a combcsonthoz (femur) kötött, annak anatómiai pontjai alapján határozható meg. Ennek eredményeképpen a distális femur geometriájának leírása, modellezése, orientációs pontjainak, tengelyeinek meghatározása hosszú ideje a térdízületi kutatások középpontjában áll. 1,2 A térdízületi protetikai szempontjából is kiemelten fontos ennek a tengelynek a pontos ismerete, mert csak ezzel biztosítható az eredeti kinematika helyreállítása, ami a későbbi panaszmentes mozgás és hosszú implantátum élettartam alapja. A nem megfelelően beállított komponens számos probléma forrása lehet, úgy mint megváltozott tibiofemorális kinematika, felborult lágyrész egyensúly, instabilitás, megnövekedett nyíróerők és a térdkalács illeszkedési zavarai. A térd flexiós tengelyét hagyományosan a tapintott transepicondylaris tengellyel (anatomical transepicondylar axis) közelítjük, 3 ennek oka, hogy a térdízület oldalszalagjai innen erednek. Mivel azt oldalszalagok a teljes mozgástartományban biztosítják az ízület oldalirányú stabilitását logikus a feltételezés, hogy a flexió tengelyéből erednek. Ugyanakkor több tanulmány 2 is rámutat ennek pontatlanságára, aminek oka, hogy valójában nem pontszerű eredésről van szó, hanem több köteges, nagyobb területen eredő és tapadó szalag rendszerekről. Az anatómiai epicondylaris tengely még pontos meghatározás esetén sem a flexió tengelyét adja, ezért helyette a térd protetikában a sebészi epicondylaris tengelyt használják, mely a mediális oldalon az epicondylus csúcsa helyett 24 Biomechanica Hungarica X. évfolyam, 1. szám az alatta lévő csontos árkot (sulcus) veszi alapul. A térd protetika során a flexió tengelyének meghatározására, a femorális komponens pozícionálására leggyakrabban a hátulsó condylaris vonalat (posterior condylar line PCL) használják, mely a két condylus leghátulsó pontjait összekötő egyenes (1. ábra). A protetika során a mechanikai tengely szerint resecált distalis femur végre egy olyan sablont helyeznek fel, amelynek hátulsó nyúlványai feltámaszkodnak a condylusok hátulsó pontjain, így a tengely meglehetősen jól reprodukálható. Ugyanakkor a térd flexiós mozgástartománynak mindöszsze egyetlen, a 90 -ban érintkező pontjait veszi figyelembe, így biomechanikai értelemben korlátozottan alkalmas a flexiós tengely meghatározására, különösen arthrotikus térdekben rosszul közelíti a flexió valódi tengelyét. A flexiós tengely meghatározásához támpontot jelenhet a Whiteside vonal (Whiteside s line WHL), amit a két condylus közti vályú határoz meg (1. ábra). Ebben a vályúban csúszik a térdkalács (patella) a flexió során, ennek megfelelően ez a tengely a flexió tengelyére merőleges és közvetlen biomechanikai kapcsolat nincs is a két tengely között. A két condylus közti árok rövidsége miatt ez a tengely rendkívül bizonytalanul határozható csak meg, és nem is feltétlenül merőleges a flexió tengelyére. 1. ábra. A femur distális nézetből, rajta a különböző flexiós tengely-meghatározási módszerek

3 Elsősorban biomechanikai vizsgálatok során használatos az un. cylindrikus tengely (transcylindrical axis TCA), 4 amely a femur condylusok hátulsó sagitális, kört formáló görbületén alapul. Ezen felszín mentén történik a térd flexiós mozgása, így biomechanikai értelemben ideális módszernek tekinthető. Ezen módszer legfőbb hátránya, amely klinikai elterjedését is akadályozta, hogy csak számítógépen, CT illetve MR felvételeken volt meghatározható. Biomechanikai vizsgálatok során széles körben használatos még a geometriai központ tengelye (geometric centre axis GCA). 5 Ezen tengely meghatározási módszer rendkívül hasonlít a TCA meghatározási módszeréhez, itt a condylusokat legjobban kitöltő henger alapján történik a flexiós tengely meghatározása, ennek illesztése a rendszer lényegéből adódóan csak virtuális térben lehetséges. A két módszer között lényegében annyi a különbség, hogy a GCA esetében a két condylusra csak azonos nagyságú kör illeszthető, míg TCA esetén nincs ilyen megkötés. Megítélésünk szerint a két meghatározási módszer rendkívül hasonló eredményre vezet, ezért nem indokolt itt külön vizsgálni őket. A térd protetika pontosabbá tételére fejlesztették ki a 90-es évek végén a navigációs rendszereket, ahol a vágási síkokat, és így a protézis végső helyzetét 3D számítógépes rendszer segíti. A navigációs rendszerek a fenti anatómiai pontok alapján határozzák meg a protézis helyzetét, így hiába pontos maga a rendszer, ha a bemenő adatok jelentős hibával terheltek. Ez magyarázhatja a navigációs rendszer használata mellett is előforduló helytelen protézis beültetéseket, ami miatt a navigációs rendszerek a technika gyors fejlődése és olcsóbbá válása ellenére sem tudtak széles körben elterjedni. 6 Az implantátum pozícionálása során három szinten fordulhat elő hiba: 7 1. Egyéni variációk: az adott személy számára ideális tengelyállás a műtét során közvetlenül nem határozható meg, ezért másodlagos tengelyeket definiálunk, mint például a femur velőűr tengelye, amely alapján a mechanikai tengelyállásra következtetünk. Optimális esetben a valós és másodlagos tengelyek viszonya állandó, de a gyakorlatban számolni kell egyéni variációkkal. 2. Intraoperativ meghatározás: az anatómiai referencia pontok, amelyek alapján a pozícionálás történik, nem pontszerűek, ezek meghatározása pontatlan. Közismert például az epicondylusok meghatározásának bizonytalansága. 3. Technikai kivitelezés: a vágósablon pozícionálása, rögzítése, a fűrészelés kivitelezése, a protézis felhelyezése szintén hatással van az implantátum végső helyzetére. Jelen tanulmány az első két szinttel foglalkozik, ugyanis a distális femur referenciapontjainak mind anatómiai helyzete variábilis, mind azok meghatározása bizonytalan. Összehasonlítottuk a fentiekben említett négyféle flexiós tengely (transepicondylaris tengely, Whiteside vonal, hátsó condyláris vonal, cylindrikus tengely) reprodukálhatóságát, valamint ezek változásának hatását a mozgásleíró függvényekre. További célunk volt a transcylindrikus (TCA) tengely meghatározására egy olyan módszer megalkotása, mellyel ezt intraoperativ körülmények közt is használni lehet. A vizsgálatok valóságos cadaver mérések adatai alapján készült számítógépes modellen történtek. A modern számítógépes rendszerekben a modell élethűen ábrázolható, egyszerűen mozgatható, így a vizsgáló ezen a modellen is jól tájékozódhat. 25

4 Módszer Öt ép cadaver térdízületen végeztünk mozgásvizsgálatokat. A vizsgálatok friss, éves férfi tetemeken történtek a Semmelweis Egyetem Igazságügyi Orvostani Intézetében (TUKEB 165-1/2002). A navigációs rendszer érzékelőit (tracker) 4 mm-es Schanz csavarral a femurhoz illetve a tibiához rögzítettük. A mozgási adatok detektálásához Polaris (Northern Digital Inc., Waterloo, Canada) infravörös elven működő navigációs rendszert használtunk. A csontokhoz rögzített érzékelőkön darabonként három infravörös led található, melyek térbeli pozícióját egy sztereó kamera 0,35 mm pontossággal meghatározza. A vizsgálótérben egy mutatóval lehet bázispontokat kijelölni (2. ábra). 2. ábra. A femurhoz és tibiához rögzített érzékelők mozgásait a navigációs rendszer kamerája detektálta, és továbbította a számítógépnek A bőr és az izomzat részleges lefejtése révén szabaddá tettük a csontfelszínt, ahová csontonként hat db markert helyeztünk el a későbbi regisztráció céljából, majd az ízülettől 16 cm-es távolságra resecáltuk a csontokat. A kivett ízületet intracorticális rudak segítségével rögzítettük egy speciálisan erre a célra kialakított mozgató szerkezetbe, melyben a flexiót a tibiára helyezett változtatható irányú terhelés fokozásával hoztuk létre. Az extenziót a quadriceps inához varrt gumiszalagban létrejövő feszülés indukálta. Ily módon modellezni tudtuk a térd hajlítását terhelt állapotban (3. ábra). 26 Biomechanica Hungarica X. évfolyam, 1. szám A mozgásvizsgálatok után a térdízületről a lágyrészeket eltávolítottuk, és a porcos felszínt 3D lézer szkennerrel (ModelMaker H40, 3D Scanners LTD, UK) digitalizáltuk. A digitalizálás során nyert térbeli pontokra háromszögeléssel folytonos felületet illesztettünk, így a femur és tibia mint 3D objektum megjeleníthetővé vált. A korábban rögzített markerek segítségével a mozgási és geometriai adatokat összeregisztráltuk, így a két csont virtuális modellje ugyanazt a mozgáspályát írta le, mint a cadaver kísérlet során a valódi csontok. A cylindrikus tengely (TCA) Régi megfigyelés, hogy a femur condylusok hátulsó részének sagitális metszete jól közelíthető egy körívvel. 4 A bonyolult háromdimenziós anatómiának ez a leegyszerűsítése modellalkotásra nem alkalmas, hiszen sem a femur nem egyszerű henger, sem a tibia plató nem sík, valamint ez a körív csak a flexió második szakaszában, hozzávetőlegesen a ig terjedő szögtartományban vesz részt a mozgásban. Ugyanakkor ez átöleli a mozgástartomány jelentős részét, és a flexiós mozgások ezen felület mentén történnek, így a mozgások leírására kiválóan alkalmas. Az ezen alapuló tengely a funkcionális geometriát tükröző, tényleges flexiós tengelyt adja ábra. A mozgató szerkezet. A quadriceps ínhoz rögzített gumiszalaggal extendáltuk, a tibiához kapcsolt terheléssel pedig flektáltuk az ízületet

5 Ezen körök meghatározása jellemzően MR illetve CT felvételeken történik. Az általunk alkalmazott metodika esetén a vizsgáló a számítógépes modellen kijelöl egy-egy görbét a femur condylusok hátulsó felén vezérpontok segítségével. Ezen görbékre a program iterációs eljárással egy-egy kört illeszt, és ezen köröknek a középpontjai határozzák meg a térd flexiós tengelyét, a cylindrikus tengelyt. Az általunk alkalmazott módszer előnye a CT-n és MR-en alapuló eljárásokkal szemben, hogy műtéti környezetben is alkalmazható navigációs rendszer használata esetén (5. ábra). A térd biomechanikai vizsgálatánál legszélesebb körben alkalmazott Grood and Sunday szögértelmezést használtuk. 8 Ezen szögértelmezésnél a flexió a femur koordinátarendszer keresztirányú tengelye (TEA/TCA), a rotáció a tibia mechanikai tengelye, az abdukció pedig az un. lengőtengely körül történik, ez utóbbi a mozgás minden pillanatában vándorol, és kölcsönösen merőleges a fenti két tengelyre. A tibia keresztirányú tengelye a rotáció kiindulási állapotát határozza meg, viszont a görbék alakjára nincs hatással, 8,9 ezért nem okozott problémát a vizsgálataink során, hogy ennek meghatározása hasonlóan bizonytalan, mint a TEA. Tengelyek definiálása a csontokon A tiba mechanikai tengelyét a boka középpontja (külboka-belboka tengely felezőpontja), valamint a mediális eminencia pont határozza meg, a keresztirányú tengely pedig a külboka-belboka tengely. A femur mechanikai tengelye a combfej középpontját az intercondylaris notchal öszszekötő egyenes. A combfej középpontjának meghatározásához combkörzéseket végeztünk a tetemen, így a femur tracker a combfej körül egy gömbfelület mentén mozgott, ebből matematikai módszerrel számítható a combfej középpontja, a módszer 3 mm alatti szórással detektálta a combfejközéppontot. Mivel a femur flexiós tengelye kiemelt jelentőséggel bír az adatok értelmezése szempontjából, ezért itt a hagyományosan használt transepicondylaris tengely (TEA) mellett a hátulsó condyláris tengelyt (PCL), a Whiteside s line-t (WHL) 4. ábra. A transepicondyláris (felső) és cylindrikus (alsó) tengely mediális (A) és laterális (B) nézetben. 4 A cylindrikus tengely a condylusok ívét követve a flexió tengelyét adja, míg a transepicondylaris tengely ettől anterior és proximális irányban helyezkedik el, az egyenesek kitérők. 5. ábra. A transcylindrikus tengely meghatározásának módja: a vizsgáló a femur condylusok hátulsó felén egy-egy ívet kijelöl, melyre a program kört illeszt. A két kör középpontja határozza meg a cylindrikus tengelyt (TCA). 27

6 és a transcylindrikus tengelyt (TCA) (1. ábra) is teszteltünk a tengelyek reprodukálhatósági pontosságának az érdekében. Kilenc, a térd sebészi anatómiájában jártas orvost illetve kutatót kértünk fel, hogy a számítógépes modellen azonosítsa a következő struktúrákat: 1. mediális és laterális epicondylus (transepicondylaris tengely TEA) 2. condylusok leghátulsó pontjai (hátulsó condyláris vonal PCL) 3. intercondyláris trochlea legmélyebb pontjai (Whiteside s line WHL) 4. femur condylusok hátulsó sagitális görbülete (transcylindrikus tengely TCA) A tengelyek meghatározása a csontok 3D számítógépes modelljén történt Rapidform XOR2 (INUS Technology, Inc., Seoul, KOREA) szoftverrel. A modell a program segítségével tetszőlegesen forgatható, illetve zoomolható. A TEA és PCL esetében a vizsgáló pontokat jelölt ki a felületen, míg a TCA és WHL esetében a condylusok hátulsó felszínén, illetve a trochleában referenciapontokat jelölt ki, amelyekre a szoftver a modell felszínét követő görbét (spline-t) illeszt. Biomechanica Hungarica X. évfolyam, 1. szám Végeredményben tehát mind az öt térdízületen a kilenc vizsgáló által meghatározott, négy-négy különböző koordináta rendszert azonosítottunk (térdenként harminchat koordináta-rendszer), de ezek egymástól csak a flexiós tengely irányában különböztek. Az adatok összehasonlítására statisztikai számítást végeztünk, minden vizsgált pontra vonatkozóan kiszámoltunk a pontok átlagos helyzetét (középállását), és ehhez viszonyítottuk az egyes vizsgálók pontjait. A pontok helyzetének számolása Microsoft Excel 2007 szoftverben történt. A vizsgálók által megadott különböző típusú referenciapontokból, típusonként számítottuk az átlagos helyzetet, ezt hívtuk középállású pontnak. Ettől a középállású ponttól való távolságot tekintettük annak a mérőszámnak, amely jellemezte a reprodukálhatóságot. A fenti módszerrel analóg módon vizsgáltuk a tengelyeket is, ebben az esetben nem távolságot, hanem a középállású tengely és a vizsgáló által meghatározott tengely által bezárt szöget vizsgáltuk. Néztük még továbbá, hogy a középállású pontok, illetve tengelyek milyen viszonyban vannak egymással (6. ábra). 6. ábra. Az adatok statisztikai értékelése 28

7 Eredmények A különböző flexiós-tengely meghatározási módszerek reprodukálhatósága A kilenc vizsgáló által kiértékelt öt térdízületen minden egyes tengelytípus összesen 45 alkalommal határoztuk meg. Az 1. táblázatban a térdenként számított középállású ponttól való távolságoknál láthatjuk, hogy a condylusok középpontjait átlagosan 1,62 illetve 1,73 mmes pontossággal lehetett meghatározni. Ezzel szemben az epicondylusokat 4,15 illetve 3,98, a hátulsó condyláris pontokat pedig 3,1 illetve 3,35 mm-es pontossággal. A Whiteside vonal esetében ez a paraméter értelmezhetetlen, hiszen ott nem két diszkrét pont határozza meg a tengelyt. A tengelyek irányának összehasonlításakor azt láthatjuk, hogy a transcylindrikus tengely (TCA) átlagosan alig 1 -ot tér el a középállástól, és a legnagyobb eltérés is 4 alatt marad. A reprodukálhatóság szempontjából ezt a hátulsó codyláris vonal (PCL) követi, de már itt is hozzávetőlegesen dupla hibával számolhatunk. A Whiteside vonal (WHL) és a transepicondylaris tengely (TEA) átlagosan kicsit több mint 3 -kal tér el a középállástól, de a WHL esetében rendkívül nagy szórást látunk, a legnagyobb eltérés a 16 -ot is meghaladja. Az összes tengely közül tehát a TCA a leginkább pontosan meghatározható (2. szintű hiba - reprodukálhatóság). Jelentőséggel bír továbbá, hogy a fentiekben meghatározott tengelyek a sok vizsgáló átlagában végül is azonos flexiós tengelyt definiálnak-e egy adott térden, vagy az anatómiai különbségek miatt különböző módszerekkel más és más irányú tengelyt kapunk. Ezért minden térden a legmegbízhatóbbnak ítélt középállású TCA-hoz hasonlítottuk az adott térden a kilenc vizsgáló által meghatározott középállású tengelyeket. Azt látjuk, hogy a PCL közelíti legjobban ezt a tengelyirányt, átlagosan 1,38 -kal tér el, és a legnagyobb eltérés is csak 2,43. Ezzel szemben a TEA esetében 2,62 és 5,79 közt, a WHL esetében pedig 1,66 és 9,22 közt változott az eltérés, jelezve, hogy ezen meghatározási módszerek nagyon különböző eredményre vezetnek az egyéni anatómiától függően. Nincs tehát olyan állandó szögérték, amivel a TEA-t vagy WHL-t korrigálva a flexió tengelyét kapnánk (1. szintű hiba megbízhatóság, 1. táblázat). A térd mozgása terhelt állapotban Az öt térdízület mozgásait kiszámítottuk a legmegbízhatóbbnak bizonyult középállású Egyenes TCA PCL TEA Irány Középállású ponttól való távolság (mm) Középállású tengellyel bezárt szög Középállású tengely középállású TCA-val bezárt szöge átlag szórás max átlag szórás max átlag szórás min max lat 1,62 2,28 4,93 med 1,73 2,25 4,59 1,04 0,75 3,81 - lat 3,10 1,98 8,50 med 3,35 1,66 6,99 2,20 1,87 7,38 1,38 0,85 0,29 2,43 lat 4,15 1,04 11,44 med 3,98 1,00 9,89 3,23 1,78 7,87 4,32 1,15 2,62 5,79 WHL - 3,12 2,95 16,12 4,69 3,39 1,66 9,22 1. táblázat. A transcylindrikus (TCA), transepicondylaris tengely (TEA), a hátulsó condyláris vonal (PCL) és a Whiteside vonal (WHL) reprodukálhatósága, illetve egymással bezárt szögük. 29

8 TCA segítségével, majd átlagoltuk, és szórást számoltunk (7. ábra). A cadaver ízületek a szimulált terhelés mellett nyújtott helyzetben átlagosan 14 -os kirotációban álltak. A korai flexió szakaszán a végrotációnak megfelelően gyorsan rotálódik az ízület, majd kisebb mértékű, de folyamatos berotáció zajlik, és kb. 90 -os flexió mellett áll be az ízület 0 -os középállásba. A további hajlítás során már csak minimális mértékű berotáció következik. A vizsgálat térdízületek nyújtott állapotban átlagosan 2 os varus állásban voltak és az egész mozgástartományban alig változott ez az érték. Az adatok szórása a rotáció esetén 1,7-3,7, abdukció esetén 0,2-1,1 közt változott. Biomechanica Hungarica X. évfolyam, 1. szám A transepicondylaris és transcylindrikus tengely szerinti mozgás kiértékelése Ugyanazt a mérést (1. mérés) a különböző vizsgálók által meghatározott tengelyekkel kiértékelve jelentős különbségeket tapasztaltunk (8. ábra). A TEA meghatározása lényegesen bizonytalanabb, aminek nagy hatása van az eredményekre, a szórások a 2 -ot is elérték. Az abdukció esetében különösen látványos a különbség, mivel itt kis szögértékek várhatóak, így hibás tengelyállás esetén nagyok a relatív eltérések, és a görbék lefutása is lényegesen megváltozik. 7. ábra. Az öt térd rotációjának és abdukciójának átlaga és szórása 8. ábra. Az 1. mérés kiértékelése különböző vizsgálók által meghatározott epicondylaris (felül) és cylindrikus (alul) tengelyek esetén, feketével az egyes mérések, pirossal az átlag, kékkel a szórás 30

9 A TCA-t a különböző vizsgálók nagy biztonsággal tudták meghatározni, ennek megfelelően az adatok kiértékelésekor ugyanarra a mozgásra hasonló kinematikai leírást kaptuk, a szórások sem az abdukció, sem a rotáció esetében nem haladták meg a 0,5 -ot. A flexió tengelyének módosítása jelentősen torzította a görbék alakját, ezért pontos meghatározása rendkívül fontos. Diszkusszió A transcylindrikus tengely (TCA) a térd funkcionális geometriáján alapuló valós flexiós tengelyt adja, és lényegesen pontosabban meghatározható, mint a hagyományosan használt transepicondylaris tengely (TEA). Ennek különösen nagy jelentősége van a térd mozgásvizsgálatában, valamint a navigációs térdízületi arthroplasztikában. A TCA-t több szerző is leírta, 4 de ennek gyakorlati alkalmazása nem terjedt el, 9 mivel hiányoztak azok a módszerek, amelyekkel műtéti környezetben alkalmazni lehetne. Az általunk használt módszer a TCA meghatározására a korábbi módszerekkel szemben műtéti környezetben is alkalmazható, mivel nem igényel előzetes CT illetve MR felvételt. A korábbi módszerek a csontos felszínt vették alapul, mivel a képalkotó vizsgálatokból ez rekonstruálható jól, de a mozgás a porcos felszínen történik. A térdízület porcvastagsága nem állandó, ezért a porcos felszín alkalmazása jobban tükrözi a funkcionális geometriát. A hagyományos CT illetve MR felvételeken történő tengely-meghatározás esetén az illesztett kör síkját a szeletelés iránya szabja meg, ezzel szemben az általunk definiált eljárással a vizsgáló maga választhatja ki az ideális ívet, amire a program egy iterációs eljárással illeszti a legjobban illeszkedő kört. A biomechanikai gyakorlatban elterjedt hasonló tengelymeghatározások esetében (GCA - geometric centre axis) 5 azonos sugarú kört illesztettek a két condylusra, így hengerként közelítve a femur geometriáját, holott a mediális condylus nagyobb, ezért nem tettünk olyan megszorítást, hogy a két kör sugara azonos legyen. A TCA használatával a térdízületi endoprotézis a térd eredeti flexiós tengelye szerint kerül beültetésre, ezért a mozgás az eredeti kinematikát követi, így várhatóan kisebb valószínűséggel következnek be olyan komplikációk, mint a nem megfelelő szalag egyensúly vagy térdkalács illeszkedés, ami elsősorban a femorális komponens nem megfelelő rotációban történt beültetésére vezethető vissza. Jól rávilágít a jelenség okára a különböző vizsgálók által meghatározott epicondyláris tengelyek szerinti mozgáskiértékelés, amelyekben a hibás tengelyállás az eredeti kinematikától jelentősen eltérő eredményeket adott. Egy ilyen helytelen tengely szerint beültetett protézisnek jóval a fiziológiai korlátokat meghaladó kényszermozgásokat kellene saját magához képest elviselnie, ahhoz, hogy a térd globális kinematikája megmaradjon. Mivel ez bizonyos határon túl nem lehetséges, az ízületre viszszahatva a mozgásokat kényszerpályára viszi, ezzel megváltoztatva az eredeti kinematikát. A helyes beültetés önmagában csak az alapot teremti meg a kinematika helyreállítására, maga a mozgás elsősorban a protézisen múlik. A mai térdprotézisek többsége a végrotációt nem veszi figyelembe, és kétdimenziós csuklómozgássá redukálja a kinematikát. A rotációs mozgásokat nem irányítják, csak bizonyos korlátok közt engedik, vagy non-constrain geometriai kialakítással, vagy forgó tálcás tibiális komponenssel. A 90-es évek vége óta használják a modern biomechanikai elvek alapján fejlesztett medial-pivot térdprotéziseket, melyek az egyszerű csuklómozgás helyett a mediális femur condylus körüli elfordulást és végrotációt teszik lehetővé, bíztató közép- és hosszú távú eredményeket felmutatva

10 A TCA meghatározás módszerének korlátai is vannak, a condylusok hátulsó ívére csak matematikai algoritmusokkal lehet kört illeszteni, ezért használatához navigációs rendszerre van szükség. A navigáció egyre inkább elérhetővé válik, de mivel a kezdeti rendszerek pont a bemenő adatok bizonytalansága miatt nem tudtak látványos előnyt felmutatni a hagyományos instrumentáriumokkal szemben, nem tudtak széles körben elterjedni. 6 Ezen új funkció beépítésével a navigációs rendszerek pontosabbá tehetők, így segítve a sebészt az optimális eredmény elérésében, ugyanakkor a klinikai alkalmazás előtt számos további tanulmány szükséges. A cylindrikus tengely meghatározás a térd aktuális flexiós tengelyét adja meg, ami bizonyos esetekben nem azonos a térdprotézis beültetés során elérni kívánt flexiós tengellyel. Bizonyos esetekben (pl. hypoplasiás laterális femur condylus okozta valgus tengelyállás esetén) a protézis beültetés során terápiás cél a hibás tengelyállás korrigálása, így a protézist nem a cylindrikus tengely alapján kell beültetni. Biomechanica Hungarica X. évfolyam, 1. szám A kutatás során megalkotott újfajta flexiós tengely meghatározás (TCA) ígéretes lehetőségeket rejt a térdízületi endoprotetika pontosabbá tételében, de a navigációs rendszerekbe való beépítése előtt fontos megállapítani, hogy műtéti környezetben, arthrotikus térdízületeken is képes-e nagyobb pontosságot nyújtani a jelenleg használatos módszerekhez képest. Összefoglalás A térd flexiós tengelyének meghatározására alkotott módszer, a transcylindrikus tengely (TCA), képes lehet a bizonytalan transepicondylaris tengely (TEA), hátulsó condyláris vonal (PCL) és Whiteside vonal (WHL) helyett egy pontosabb támpontot nyújtani a térdprotézis rotációs beállításra vonatkozóan. A modellkísérlet során ezen tengely 4 alatti hibával volt meghatározható, szemben a PCL és TEA 7 -ot, WHL 16 -ot is meghaladó hibájával. A módszernek a mozgásvizsgálatok során is nagy jelentősége lehet, mivel a kinematikai kiértékelés során kapott eredmények nagymértékben függenek a tengelyállástól. Irodalom 1. Freeman MAR, Pinskerova V. The movement of the normal tibio-femoral joint. J Biomech 2005; 38: Berger RA, Rubash HE, Seel MJ, Thompson WH, Crossett LS. Determining the rotational alignment of the femoral component in total knee arthroplasty using the epicondylar axis. Clin Orthop Relat Res &NA 1993; Churchill DL, Incavo SJ, Johnson CC, Beynnon BD. The transepicondylar axis approximates the optimal flexion axis of the knee. Clinical Orthopaedics and Related Research 1998; Eckhoff D, Hogan C, DiMatteo L, Robinson M, Bach J. Difference between the epicondylar and cylindrical axis of the knee. Clinical Orthopaedics and Related Research 2007; 461: Most E, Axe J, Rubash H, Li G. Sensitivity of the knee joint kinematics calculation to selection of flexion axes. Journal of Biomechanics 2004;37: Mont MA, Banerjee S. Navigation in total knee arthroplasty: truth, myths, and controversies. The American Journal of Orthopedics 2013;42:

11 7. Victor, J. et al. A common reference frame for describing rotation of the distal femur: a CT-based kinematic study using cadavers. J Bone Joint Surg Br 2009;91: Grood, ES, Suntay WJ. A joint coordinate system for the clinical description of three-dimensional motions: application to the knee. J Biomech Eng 1983;105: Morton NA, Maletsky LP, Pal S, Laz PJ. Effect of variability in anatomical landmark location on knee kinematic description. J Orthop Res 2007; 25: Fitch DA, Sedacki K, Yang Y. Mid- to long-term outcomes of a medial-pivot system for primary total knee replacement: a systematic review and meta-analysis. Bone Joint Res 2014;3: A szerzők szeretnének köszönetet mondani Renner Gábornak és Szántó Györgynek (MTA- SZTAKI) a programozási feladatok segítésében, M. Csizmadia Bélának (SZIE-GEK) a mozgató szerkezet tervezésében, Falk Györgynek (Varinex Zrt.) az adatfeldolgozás segítésében, és a vizsgálatban résztvevőknek. Andrónyi Kristóf Uzsoki Utcai Kórház, Ortopéd-traumatológiai Osztály H-1145 Budapest, Uzsoki u Tel.: (+36)